(57)【要約】【課題】加工時または交換時に取り扱いやすい探針を備えるプロービング装置を提供する。【解決手段】プロービング装置に備わる探針１を、第２導電性材料からなる円柱形状の保持部３と、保持部３の一方の端面のほぼ中央部に設けられ、第１導電性材料からなる円錐部分および円柱部分からなる先端が尖った形状の探針材２とから構成し、探針材２の直径を１００μｍ以下、保持部３の直径を１００μｍ以上、探針材２の長さＬと保持部３の直径Ｒとの関係をＬ＞Ｒ／２に設定する。【選択図】図１
2007114040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐部分および円柱部分からなる先端の尖った形状の探針材と円柱状の保持部とから構成され、前記保持部の一方の端面のほぼ中央部に前記探針材が設けられた１本または２本以上の探針を備え、素子を構成する各パターンに前記探針の前記探針材の先端を直接接触させて、前記素子の電気的特性を測定するプロービング装置であって、
前記探針材の直径が１００μｍ以下、前記保持部の直径が１００μｍ以上、前記探針材の長さＬと前記保持部の直径Ｒとの関係がＬ＞Ｒ／２であることを特徴とするプロービング装置。
【請求項２】
請求項１記載のプロービング装置において、前記探針の一部を構成する前記探針材の先端の径が１０〜５００ｎｍであることを特徴とするプロービング装置。
【請求項３】
請求項１記載のプロービング装置において、前記探針の一部を構成する前記探針材の一部分が一定の角度を持って斜めに曲がっていることを特徴とするプロービング装置。
【請求項４】
請求項１記載のプロービング装置において、前記探針の一部を構成する前記保持部は１つの材料で形成される、または２つ以上の材料を層状に重ねて形成されることを特徴とするプロービング装置。
【請求項５】
請求項１記載のプロービング装置において、突起、切り込みまたはペイントからなるマーカが、前記探針の一部を構成する前記保持部の表面の一部に形成されていることを特徴とするプロービング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロービング装置に関し、特に、例えばナノメータ（ｎｍ）スケールの微小素子の配線またはコンタクトに探針を直接接触させて、微小素子の電気的特性を評価するプロービング装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プローブのカンチレバー及び探針を導電性とすると共に、プローブに電圧値取得回路部を設けた構成とし、最初にプローブを原子間力顕微鏡のプローブとして使用して微細配線上の電圧測定個所を定め、次いでプローブの探針を微細配線に接触させて電圧値取得回路部を通して電圧を測定する構成とした電圧測定装置が開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
鋭利な先端を有する複数本の探針を、試料表面の法線から傾け（３０〜６０°）、かつ方位角３０°以上の間隔で配置することにより、サブミクロン領域に同時に複数本の探針を接触させて実デバイス上での回路素子の特性解析を行う電子素子評価装置が開示されている（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−２５１５２３号公報（段落［００１６］〜［００２０］、図２）
【特許文献２】特開平９−２６４３６号公報（段落［００１０］、［００１１］、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ナノメータスケールの単体半導体素子の配線またはコンタクトに先端径が１０ｎｍ程度の探針を直接接触させて、単体半導体素子の電気的特性を測定するプロービング装置が採用されている。この測定で得られる単体半導体素子の電気的特性は、製品開発や不良解析の基礎データとして用いられる。
【０００５】
ところで、先端径が１０ｎｍ程度の上記探針は、微細な配線またはコンタクトに直接接触させるため、その先端の曲率を小さくすることが望ましく、通常、探針は数１０μｍ程度の径を有する線材から製造される。また、探針は電気的な接触をとるために微細な配線またはコンタクトに繰り返し接触させるが、これによって探針の先端の形状が変形するので、変形する度に探針を交換する必要がある。これらのことから、探針はピンセット等で手軽に扱えるものでなければならない。そこで、本発明者らは、保持部となるＣｕ線の表面に探針を溶接することによって、探針を扱い易くしている。
【０００６】
しかしながら、保持部を溶接した探針であっても、単体半導体素子の電気的特性を測定している途中に探針が保持部から取れることがあり、探針を度々交換する必要があった。さらに、溶接の再現性や探針の取り付け角度の制御性が悪いために探針の向きがばらつき、使い勝手が悪いという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、加工時または交換時において取り扱いやすい探針を備えるプロービング装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
本発明によるプロービング装置は、円錐部分および円柱部分からなる先端が尖った形状の探針材と円柱形状の保持部とから構成され、保持部の一方の端面のほぼ中央部に探針材が設けられた１本または２本以上の探針を備えており、探針材の直径が１００μｍ以下、探針材の先端の径が１０〜５００ｎｍ、保持部の直径が１００μｍ以上、探針材の長さＬと保持部の直径Ｒとの関係がＬ＞Ｒ／２とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１２】
探針の加工時または交換時において探針の取り扱いが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１４】
また、本実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１５】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、本実施の形態においては、電界効果トランジスタを代表するＭＩＳ・ＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）をＭＩＳと略す。
【００１６】
また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
本実施の形態による探針を図１および図２を用いて説明する。図１に探針の斜視図を示し、図２に探針の断面図を示す。
【００１８】
プロービング装置に備わる探針１は、第１導電性材料からなる円錐部分２ｂおよび円柱部分２ｃからなる先端２ａが尖った形状の探針材２と第２導電性材料からなる円柱形状の保持部３とから構成され、探針材２は保持部３の一方の端面のほぼ中央部に、例えば溶接によって接続されている。さらに、探針材２の先端２ａの径は、例えば１０〜５００ｎｍ程度であり、探針材２の円柱部分２ｃの直径ｒは１００μｍ以下、保持部３の直径Ｒは１００μｍ以上に設定されている。さらに、探針材２の長さＬと保持部３の直径ＲとがＬ＞Ｒ／２の関係を満たしている。典型的な寸法として、探針材２の先端２ａの径は１００ｎｍ、探針材２の円柱部分２ｃの直径ｒは５０μｍ、保持部３の直径Ｒは５００μｍ、探針材２の長さＬは３００μｍ、保持部３の長さは１０ｍｍを例示することができる。
【００１９】
なお、第１および第２導電性材料としては、耐酸化性および加工性に優れ、かつ低抵抗で安価な導電性材料が好ましい。例えば第１導電性材料はＦｅ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＣＮＴ（Carbon nanotube）、Ｆｅ合金、Ｗ合金、Ｐｔ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、Ｐｄ合金、Ｉｒ合金、Ｃｕ合金またはＭｏ合金であり、第２導電性材料はＳＵＳ、Ｆｅ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ合金、Ｗ合金、Ｐｔ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金、Ｐｄ合金、Ｉｒ合金、Ｃｕ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金またはＭｏ合金である。第１の導電材料と第２の導電材料とは同じ導電性材料を選択してもよく、または異なる導電性材料を選択してもよい。
【００２０】
図３に、本実施の形態による探針を備えたプロービング装置を用いて単体半導体素子（ＭＩＳ）の電気的特性を測定する際の概念図を示す。なお、図３では４本の探針を例示したが、その本数はこれに限定されるものではなく、プロービング装置は１本または２本以上の探針を備えることができる。
【００２１】
図３に示すように、探針１の先端２ａを、例えばナノメータスケールのＭＩＳのゲート電極４およびソース・ドレインにそれぞれ接続されたプラグ５等に直接接触させて電圧を印加し、出力する電流を探針１に接続された測定器６が読み取ることによりＭＩＳの電気的特性を測定することができる。また、図示はしないが、探針１の先端２ａを、例えばＭＩＳの上層に形成される配線に直接接触させて、配線抵抗またはコンタクト抵抗等を測定することができる。
【００２２】
探針１の先端２ａを接触させるＭＩＳの各パターンは、例えば直径が１００〜５００ｎｍ程度の楕円形状またはほぼ円形状である。また、探針１の先端２ａをＭＩＳの各パターンに直接接触させる際には、探針１の操作部に備わるＸＹＺ３軸の駆動機構を用いて探針１の先端２ａを所望するパターンへと近づけ、そして接触させる。このため、探針１の先端２ａの曲率が小さいことが望ましい。そこで、まず、探針１の先端２ａの径は、前述したように１０〜５００ｎｍが適切な範囲と考えられる（他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもとよりである）。なお、量産に適した範囲としては５０〜２００ｎｍ等の１００ｎｍを中心値とする周辺範囲が最も好適と考えられる。
【００２３】
さらに、探針１の先端２ａの曲率は小さいことが望まれることから、探針材２の微細加工が必要となる。そこで、探針材２の一部を構成する円柱部分２ｃの直径ｒは１００μｍ以下、量産に適した範囲としては４０〜５０μｍが最も好適な範囲と考えられる。さらに、探針材２の先端２ａはＭＩＳの各パターンに繰り返し接触するため、探針材２の一部を構成する円錐部分２ｂの形状は変形し易く、探針材２を度々取り替える必要がある。このため、探針材２は扱い易いことが望ましい。そこで、探針材２の加工や探針１の取り替えなどを比較的容易に行うために、保持部３の直径Ｒは１００μｍ以上が最も好適な範囲と考えられる。さらに、探針材２の長さＬと保持部３の直径Ｒとの関係をＬ＞Ｒ／２とすることにより、振動が少なく、かつＭＩＳの各パターンに比較的容易に探針１の探針材２を接触させることができる。
【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）に、前記図１および図２に示した探針の変形例を示す。これら図は、各探針の断面図である。
【００２５】
図４（ａ）に示す探針１ａは、第１導電性材料により製作された探針材２、および中心に置かれた第１導電性材料とその第１導電性材料の外周に形成された第２導電性材料との２つの導電性材料により製作された保持部３から構成され、探針材２を構成する第１導電性材料と保持部３の一部を構成する第１導電性材料とは一体をなす。
【００２６】
図４（ｂ）に示す探針１ｂは、第１導電性材料により製作された探針材２、および中心に置かれた第１導電性材料とその第１導電性材料の外周に導電性を有する２層以上のパイプ材とを重ねて形成された２つ以上の導電性材料により製作された保持部３から構成され、探針材２を構成する第１導電性材料と保持部３の一部を構成する第１導電性材料とは一体をなす。図４（ｂ）には、第１導電性材料Ｃ１と、第１パイプ材Ｐ１、第２パイプ材Ｐ２および第３パイプ材Ｐ３からなる保持部３との４層からなる探針１ｂを例示しているが、層数はこれに限定されるものではない。また、これら４層を全て異なる材料としてもよく、または一部同じ材料を用いても良い。例えば第１導電性材料Ｃ１と第２パイプ材Ｐ２とを同じ材料、第１パイプ材Ｐ１と第３パイプ材Ｐ３とを同じ材料とすることもできる。このように保持部３を多層構造とすることにより、保持部３の加工を容易とすることができる。
【００２７】
図４（ｃ）に示す探針１ｃは、探針材２と保持部３とを同じ導電性材料により製作しており、一体型の探針である。
【００２８】
前記図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示した探針１ａ，１ｂおよび１ｃの外見は、前記図１に示した探針１の外見と同じであるが、次に説明する図４（ｄ）および（ｅ）にそれぞれ示す探針１ｄおよび１ｅは、前記図１に示した探針１の外見とは異なる。
【００２９】
図４（ｄ）に示す探針１ｄは、第１導電性材料により製作された探針材２、および第２導電性材料により製作された保持部３から構成されるが、保持部３の探針材２側の端面が外に凸となる湾曲した形状を有している。また、図４（ｅ）に示す探針１ｅは、第１導電性材料により製作された探針材２、および第２導電性材料により製作された保持部３から構成されるが、探針材２の一部分が一定の角度を持って斜めに曲がった形状を有しており、単体半導体素子の各パターンとの接触を比較的容易に行うことができる。
【００３０】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）に、前記図１および図２に示した探針１にマーカを付けたマーカ付き探針の例を示す。これら図は、各マーカ付き探針の斜視図である。
【００３１】
図５（ａ）に示すマーカ付き探針１ｆは、保持部３の探針材２側の一方の端部から反対側のもう一方の端部まで、保持部３の表面に突起７からなる細長いマーカが形成されている。図５（ｂ）に示すマーカ付き探針１ｇは、保持部３の表面の一部に保持部３の長さよりも短い突起７からなるマーカが形成されている。図５（ｃ）に示すマーカ付き探針１ｈは、保持部３の探針材２側の一方の端部から反対側のもう一方の端部まで、保持部３の表面に切り込み８からなる細長いマーカが形成されている。図５（ｄ）に示すマーカ付き探針１ｉは、保持部３の表面の一部に保持部３の長さよりも短い切り込み８からなるマーカが形成されている。図５（ｅ）に示すマーカ付き探針１ｊは、保持部３の探針材２側の一方の端部から反対側のもう一方の端部まで、保持部３の表面にペイント９からなる細長いマーカが形成されている。なお、このペイント９は、保持部３の表面の一部に保持部３の長さよりも短く形成してもよい。このように、探針１の表面にマーカを形成することにより、探針１の位置や角度等を容易に確認することができる。
【００３２】
なお、図５では、前記図１および図２に示した探針１にマーカを付けたマーカ付き探針の一例を示したが、前記図４に示した探針１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄまたは１ｅに上記マーカを付けることも可能であり、これにより、探針１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄまたは１ｅの位置や角度等を確認することができる。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、プロービング装置に備わる探針１を円錐部分２ｂおよび円柱部分２ｃからなる先端２ａが尖った形状の探針材２と円柱形状の保持部３とから構成し、保持部３の一方の端面のほぼ中央部に探針材２を設けて、円柱部分２ｃの直径ｒを１００μｍ以下、保持部３の直径Ｒを１００μｍ以上、探針材２の長さＬと保持部３の直径Ｒとの関係をＬ＞Ｒ／２と設定することにより、探針１の加工時または交換時において探針１の取り扱いが容易になる。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３５】
例えば、前記実施の形態では、ナノメータスケールの単体半導体素子の電気的特性を測定するプロービング装置について説明したが、例えば微細な先端径を有する探針を用いた他のマルチプロービングシステムにも適用することができて、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、１０〜５００ｎｍ（典型的には１００ｎｍ程度）の先端径を有する微細な探針を備えるプロービング装置またはマルチプロービングシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態による探針の要部斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による探針の要部断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による探針を備えたプロービング装置を用いてＭＩＳの電気的特性を測定する際の概念図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施の形態による探針の変形例を示す探針の要部断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施の形態によるマーカ付き探針を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  探針
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ  探針
１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ  マーカ付き探針
２  探針材
２ａ  先端
２ｂ  円錐部分
２ｃ  円柱部分
３  保持部
４  ゲート電極
５  プラグ
６  測定器
７  突起
８  切り込み
９  ペイント
Ｃ１  第１導電性材料
Ｌ  長さ
Ｐ１  第１パイプ材
Ｐ２  第２パイプ材
Ｐ３  第３パイプ材
ｒ  直径
Ｒ  直径
【図１】
2007114040.tif 000003
【図２】
2007114040.tif 000004
【図３】
2007114040.tif 000005
【図４】
2007114040.tif 000006
【図５】
2007114040.tif 000007